光时域反射仪(OTDR)工作原理及测试方法

2011-07-09 14:40:35来源: 互联网

一、OTDR的工作原理:
光纤光缆测试是光缆施工、维护、抢修重要技术手段,采用OTDR(光时域反射仪)进行光纤连接的现场监视和连接损耗测量评价,是目前最有效的方式。这种方法直观、可信并能打印出光纤后向散射信号曲线。另外,在监测的同时可以比较精确地测出由局内至各接头点的实际传输距离,对维护中,精确查找故障、有效处理故障是十分必要的。同时要求维护人员掌握仪表性能,操作技能熟练,精确判断信号曲线特征。

美国安捷伦E6000C

加拿大EXFO FTB150

日本安立MT9080

日本横河AQ7275

美国JDSU MTS6000

美国网泰 CMA4000I

OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer,中文意思为光时域反射仪。OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表,它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中,可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。

OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时,会由于光纤本身的性质,连接器,接合点,弯曲或其它类似的事件而产生散射,反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量,它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在玻璃物质中的速度,就可以计算出距离。

d=(c×t)/2(IOR)

在这个公式里,c是光在真空中的速度,而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢,所以为了精确地测量距离,被测的光纤必须要指明折射率(IOR)。IOR是由光纤生产商来标明。

OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。形成的轨迹是一条向下的曲线,它说明了背向散射的功率不断减小,这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。

菲涅尔反射是离散的反射,它是由整条光纤中的个别点而引起的,这些点是由造成反向系数改变的因素组成,例如玻璃与空气的间隙。在这些点上,会有很强的背向散射光被反射回来。因此,OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点,光纤终端或断点 。

OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号,然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行,然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示,这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱(或光纤的状态)。

测试距离:由于光纤制造以后其折射率基本不变,这样光在光纤中的传播速度就不变,这样测试距离和时间就是一致的,实际上测试距离就是光在光纤中的传播速度乘上传播时间,对测试距离的选取就是对测试采样起始和终止时间的选取。测量时选取适当的测试距离可以生成比较全面的轨迹图,对有效的分析光纤的特性有很好的帮助,通常根据经验,选取整条光路长度的1.5-2倍之间最为合适。

脉冲宽度:可以用时间表示,也可以用长度表示,在光功率大小恒定的情况下,脉冲宽度的大小直接影响着光的能量的大小,光脉冲越长光的能量就越大。同时脉冲宽度的大小也直接影响着测试死区的大小,也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离,即分辨率。显然,脉冲宽度越小,分辨率越高,脉冲宽度越大测试距离越长。

折射率就是待测光纤实际的折射率,这个数值由待测光纤的生产厂家给出,单模石英光纤的折射率大约在1.4-1.6之间。越精确的折射率对提高测量距离的精度越有帮助。这个问题对配置光路由也有实际的指导意义,实际上,在配置光路由的时候应该选取折射率相同或相近的光纤进行配置,尽量减少不同折射率的光纤芯连接在一起形成一条非单一折射率的光路。

测试波长就是指OTDR激光器发射的激光的波长,在长距离测试时,由于1310nm衰耗较大,激光器发出的激光脉冲在待测光纤的末端会变得很微弱,这样受噪声影响较大,形成的轨迹图就不理想,宜采用1550nm作为测试波长。所以在长距离测试的时候适合选取1550nm作为测试波长,而普通的短距离测试选取1310nm也可以。

平均值:是为了在OTDR形成良好的显示图样,根据用户需要动态的或非动态的显示光纤状况而设定的参数。由于测试中受噪声的影响,光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程,要确知该点的一般情况,减少接收器固有的随机噪声的影响,需要求其在某一段测试时间的平均值。根据需要设定该值,如果要求实时掌握光纤的情况,那么就需要设定时间为实时。

1、连接测试尾纤:

首先清洁测试侧尾纤,将尾纤垂直仪表测试插孔处插入,并将尾纤凸起U型部分与测试插口凹回U型部分充分连接,并适当拧固。在线路查修或割接时,被测光纤与OTDR连接之前,应通知该中继段对端局站维护人员取下ODF架上与之对应的连接尾纤,以免损坏光盘;

a、波长选择:选择测试所需波长, 有1310nm,1550nm两种波长供选择;

b、距离设置:首先用自动模式测试光纤,然后根据测试光纤长度设定测试距离,通常是实际距离的1.5倍 ,主要是避免出现假反射峰,影响判断;

c、脉宽设置:仪表可供选择的脉冲宽度一般有10ns,30ns,100ns,300ns,1μs,10 μs 等参数选择,脉冲宽度越小,取样距离越短,测试越精确,反之则测试距离越长,精度相对要小。根据经验,一般10KM以下选用100ns及以下参数, 10KM以上选用100ns及以上参数;

d、取样时间:仪表取样时间越长,曲线越平滑,测试越精确;

e、折射率设置:根据每条传输线路要求不同而定;

f、事件阈值设置:指在测试中对光纤的接续点或损耗点的衰耗进行预先设置,当遇有超过阈值的事件时,仪表会自动分析定位。

a、曲线毛糙,无平滑曲线

原因1:测试仪表插口损坏(换插口)

原因2:测试尾纤连接不当(重新连接)

原因3:测试尾纤问题(更换尾纤)

原因2:线路终端问题(重新接续,在进行终端损耗测量时可介入假纤进行测试)

b、曲线平滑,

①信号曲线横轴为距离(KM),纵轴为损耗(dB),前端为起始反射区(盲区),约为0.1KM,中间为信号曲线,呈阶跃下降曲线,末端为终端反射区,超出信号曲线后,为毛糙部分(即光纤截止电点。

②如图中所示普通接头或弯折处为为一个下降台阶,活动连接处为反射峰(后面介绍假反射峰),断裂处为较大台阶的反射峰,而尾纤终端为结束反射峰。

③当 测试曲线中有活动连接或测试量程较大时,会出现2个以上假反射峰,可根据反射峰距离判断是否为假反射峰。

[1] [2]

关键字:光时域反射仪  光纤光缆测试

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0709/article_2940.html
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